(57)【要約】【課題】センサ素子の検知部と測定対象との離間距離をより正確且つより容易に調整可能であり、実用性に優れたセンサ装置を提供する。【解決手段】本発明のセンサ装置Ｘは、測定対象から入力される物理量を検知するための検知部１２を有し、該検知部１２により検知される物理量を電気信号に変換するためのセンサ素子１０と、センサ素子１０を搭載するための搭載部２０ａを有する絶縁基体２０と、少なくともセンサ素子１０の検知部１２を被覆するための被覆部材６０と、被覆部材６０から少なくとも一部が露出し、且つ、測定対象とセンサ素子１０の検知部１２との離間距離を規定するためのスペーサ５０とを備える。【選択図】図１
2007033230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象から入力される物理量を検知するための検知部を有し、該検知部により検知される物理量を電気信号に変換するためのセンサ素子と、
前記センサ素子を搭載するための搭載部を有する絶縁基体と、
少なくとも前記センサ素子の前記検知部を被覆するための被覆部材と、
前記被覆部材から少なくとも一部が露出し、且つ、前記測定対象と前記センサ素子の前記検知部との離間距離を規定するためのスペーサと、を備えることを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記スペーサは、前記センサ素子の前記検知部上に配されていることを特徴とする、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記物理量は磁束密度であり、前記スペーサは非磁性材料により構成されることを特徴とする、請求項１または２に記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記非磁性材料はセラミックスおよび／または樹脂であることを特徴とする、請求項３に記載のセンサ装置。
【請求項５】
一端部において前記センサ素子と電気的に接続する配線導体を備え、
前記被覆部材は、前記センサ素子と、前記配線導体の前記一端部と、該センサ素子および該一端部を電気的に接続する部位とを被覆することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁束密度などの物理量を検知し、検知された物理量を電気信号に変換するためのセンサ素子を備えるセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物理量を検知し、検知された物理量を電気信号に変換することにより被測定物の状態を調べるセンサ素子を備えるセンサ装置が知られている。このような構成のセンサ装置では、センサ素子が酸化腐食などするのを防止すべく、該センサ素子の全体が保護膜で被覆されている。
【０００３】
一般的に、センサ装置により物理量を測定する場合、測定対象からの離間距離に応じて物理量が変化してしまうため、該物理量をより正確に測定するには測定対象とセンサ素子の検知部との離間距離を所定距離に設定する必要がある。
【０００４】
しかしながら、従来型のセンサ装置では、センサ素子の検知部を覆う保護膜の厚さ制御などがなされていないため、測定対象とセンサ素子の検知部との離間距離をより正確に測定するには、例えばセンサ素子が搭載された絶縁基体の搭載面と測定対象との離間距離や、センサ装置が実装されている外部回路基板の主面と測定対象との離間距離に基づいて算出する必要があった。より具体的には、絶縁基体の搭載面と測定対象との離間距離から、センサ素子の厚さやセンサ素子を搭載面に固定する接着剤の厚さなどを差し引くことにより、センサ素子の検知部と測定対象との離間距離を算出していた。なお、センサ素子を保護膜で被覆する構成のセンサ装置は、例えば特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２００３−３１５４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の従来型センサ装置では、例えばセンサ素子が搭載された絶縁基体の搭載面と測定対象との離間距離に基づいて、測定対象とセンサ素子の検知部との離間距離を規定するため、測定対象とセンサ素子の検知部との離間距離にバラツキが生じ易いという問題があった。具体的には、センサ素子自体の厚さや、センサ素子を絶縁基体に搭載する際に使用する接着剤の厚さ、絶縁基体自体の反りや厚さなどのバラツキに起因して、絶縁基体の搭載面や外部回路基板と測定対象との間の距離をより正確に設定したとしても、センサ素子の検知部と測定対象との離間距離にバラツキが生じてしまう。
【０００６】
また、上述のバラツキを踏まえて、センサ素子の検知部と測定対象との離間距離を所定距離に調整するには、例えばセンサ装置の組み立て後に該センサ装置と測定対象との離間距離を調整するなど長時間を要するため、実用性に乏しいという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、センサ素子の検知部と測定対象との離間距離をより正確且つより容易に調整可能であり、実用性に優れたセンサ装置を提供することを、目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るセンサ装置は、測定対象から入力される物理量を検知するための検知部を有し、該検知部により検知される物理量を電気信号に変換するためのセンサ素子と、センサ素子を搭載するための搭載部を有する絶縁基体と、少なくともセンサ素子の検知部を被覆するための被覆部材と、被覆部材から少なくとも一部が露出し、且つ、測定対象とセンサ素子の検知部との離間距離を規定するためのスペーサとを備えることを特徴とする。
【０００９】
好ましくは、スペーサは、センサ素子の検知部上に配されていることを特徴とする。
【００１０】
好ましくは、物理量は磁束密度であり、スペーサは非磁性材料により構成されることを特徴とする。
【００１１】
好ましくは、非磁性材料はセラミックスおよび／または樹脂であることを特徴とする。
【００１２】
好ましくは、一端部においてセンサ素子と電気的に接続する配線導体を備え、被覆部材は、センサ素子と、配線導体の一端部と、該センサ素子および該一端部を電気的に接続する部位とを被覆することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るセンサ装置は、被覆部材から少なくとも一部が露出し、且つ、測定対象とセンサ素子の検知部との離間距離を規定するためのスペーサを備えている。つまり、本センサ装置では、検知部でより正確に測定するための距離に応じた高さを有するスペーサを採用し、その少なくとも一部が被覆部材から露出するように配置することにより、実質的に該スペーサの露出端の位置に測定対象を位置合わせするだけで、測定対象とセンサ素子の検知部との離間距離をより正確に調整することができる。したがって、本センサ装置は、スペーサにより測定対象とセンサ素子の検知部との離間距離をより正確且つより容易に調整することができる。
【００１４】
また、本センサ装置は、少なくともセンサ素子の検知部を被覆するための被覆部材を備えている。したがって、本センサ装置は、検知部が気密封止されるため、湿気などの影響を受け難くなる。つまり、本センサ装置は、信頼性にも優れている。
【００１５】
スペーサがセンサ素子の検知部上に配されているセンサ装置では、スペーサ自体の高さにより、測定対象とセンサ素子の検知部との離間距離を、検知部でより正確に測定するための距離に調整することができる。スペーサは、寸法精度の高い加工手段（例えば、切削加工やエッチング加工）により加工することができるので、その高さを高精度で調整することができる。したがって、本センサ装置では、センサ素子自身の厚さのバラツキや、センサ素子を絶縁基体に搭載する際に使用する接着剤の厚さのバラツキや、絶縁基体の反りや厚さのバラツキなどの影響を受け難いので、測定対象とセンサ素子の検知部との離間距離をより正確に調整することができる。
【００１６】
また、本センサ装置では、複数のセンサ素子が一つの絶縁基体に搭載されているような場合や、複数のセンサ装置を一つの外部回路基板に実装して用いるような場合において、同じ高さのスペーサを採用することにより、センサ装置ごとに離間距離を調整する必要がなくなるため、より実用性高めることができる。
【００１７】
物理量が磁束密度であり、スペーサが非磁性材料により構成されるセンサ装置では、スペーサによって物理量である磁束密度が変化するのを抑制することができる。したがって、本センサ装置は、測定対象である磁性体の物理的な状態（位置や速度、磁性を有するパターンの識別など）の測定をより正確に行うことができる。
【００１８】
非磁性材料がセラミックスおよび／または樹脂であるセンサ装置は、センサ素子の検知部を被覆するための被覆部材とスペーサとの濡れ性に優れている。したがって、本センサ装置では、被覆部材とスペーサとの境界部から水分や異物などが浸入するのをより効果的に防ぐことができるので、センサ素子の検知部に与える影響をより効果的に抑制することができる。つまり、本センサ装置は、より信頼性に優れている。
【００１９】
一端部においてセンサ素子と電気的に接続する配線導体を備え、被覆部材がセンサ素子と、配線導体の一端部と、センサ素子および一端部を電気的に接続する部位とを被覆するセンサ装置では、センサ素子、配線導体、センサ素子と電気的に接続する部位を、外部からの水分や異物から保護することができる。したがって、本センサ装置は、より信頼性に優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明の実施形態に係るセンサ装置Ｘを表す断面図である。センサ装置Ｘは、センサ素子１０と、絶縁基体２０と、配線導体３０と、ボンディングワイヤ４０と、スペーサ５０と、被覆部材６０とを備える。
【００２１】
センサ素子１０は、本体部１１と、検知部１２と、電極１３とを有し、検知部により検知される物理量を電気信号に変換するためのものである。
【００２２】
本体部１１は、センサ素子１０の機能や用途に応じて、Ｓｉ、Ｉｎ−Ｓｂ、Ｉｎ−ＡｓおよびＧｅ−Ｓｉなどの半導体材料やフェライトなどのフェリ磁性材料、絶縁材料、透光性材料などの材料により構成される板状の部材である。
【００２３】
検知部１２は、測定対象から入力される物理量を検知するためのものであり、本体部１１の主面に設けられている。測定対象としては、例えば、永久磁石成分を含有するもの（紙幣や旅客切符など）や電磁誘導作用により磁界（あるいは磁束）を生じるものなどの磁性を有するものや、照明装置などの光エネルギを有するものなどが挙げられる。また、物理量としては、例えば磁束密度、光エネルギ、放射能、熱エネルギなどが挙げられる。
【００２４】
電極１３は、例えばセンサ素子１０から外部に電気信号を出力するための部位である。電極１３を構成する材料としては、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、金、パラジウム、白金などが挙げられる。
【００２５】
ここで、物理量が磁束密度であり、センサ素子１０がホール効果素子（いわゆる磁電変換素子）を採用する場合における物理量の検知の流れの一例について説明する。まず、測定対象から入力される磁束密度に応じてホール効果により検知部１２で電圧（ホール電圧）が生じる。次に、この電圧は、センサ素子１０を構成する半導体基板に形成されている電気回路（演算回路）で電気信号に変換され、外部に送信される。次に、この電気信号は、後述する絶縁基体２０や枠状部材３０に形成されている導電路を経て、センサ装置Ｘが組み込まれる測定機器に伝送される。次に、測定機器に伝送された電気信号は、例えば該測定機器の表示部（ディスプレイなど）に数値化されて表示される。以上により、測定対象から入力される磁束密度は、数値として認識（検知）することができる。また、このような流れにより、例えばサーボモータの回転子の回転数や、磁性を有するインクにより印刷されたパターンを含む印刷物（紙幣など）のパターン識別などを行うことができる。
【００２６】
絶縁基体２０は、その主面に接着剤７０を介してセンサ素子１０を搭載するための搭載部２０ａを有し、平面視で略四角形状である。本実施形態において搭載部２０ａは、センサ素子１０を搭載することが可能な面積を有する略平坦な面状部であり、絶縁基体２０の主面の中央部に設けられている。絶縁基体２０を構成する材料としては、セラミックスや樹脂、セラミックスなどの無機材料と樹脂との複合材料などが挙げられる。ここで、セラミックスとは、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス）、窒化アルミニウム質焼結体（窒化アルミニウムセラミックス）、炭化珪素質焼結体（炭化珪素セラミックス）、窒化珪素質焼結体（窒化珪素セラミックス）、ガラス質焼結体（ガラスセラミックス）、ムライト質焼結体などであり、樹脂とは、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂（アクリル樹脂やメタクリル樹脂など）などの熱硬化型または紫外線硬化型の樹脂である。なお、接着剤７０は、例えばＡｕ−Ｓｉ、Ａｕ−Ｇｅ、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだ等のろう材や、Ａｇ粒子とエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂とを混合した接着剤、エポキシ系樹脂、銀粒子とガラスとを混合した銀ガラスなどである。
【００２７】
ここで、絶縁基体２０を構成する材料としてアルミナセラミックスを採用した場合における絶縁基体２０の作製方法の一例について説明する。まず、酸化アルミニウム（アルミナ）やガラスなどの原料粉末を有機溶剤やバインダなどとともにシート状に成形して複数のセラミックグリーンシートを作製する。次に、作製されたセラミックグリーンシートに対して、所定の貫通孔（後述する配線導体３０の一部が設けられるスペース）を形成すべく円形状の打ち抜き加工を施す。次に、打ち抜き加工が施されたセラミックグリーンシートを所定寸法まで積層し、所定の焼成温度（例えば１３００〜１６００℃）で焼成する。以上のようにして、絶縁基体２０は作製される。なお、絶縁基体２０の作製方法としては、上述の作製方法に限られず、上記樹脂を用いて射出成形やトランスファー成形により作製するようにしてもよい。
【００２８】
配線導体３０は、各センサ素子１０と外部電気回路との電気的導通を図るための導電路としての機能を担うものである。本実施形態における配線導体３０は、その一端部が絶縁基体２０の上面２０ｂに配設され、その他端部が絶縁基体２０の下面２０ｃに配設されている。配線導体３０を構成する材料としては、電極１３と同様のものが挙げられるが、測定される物理量が磁束密度の場合、磁束の乱れを抑制して信頼性を高めるうえで非磁性金属を採用するのが好ましい。なお、配線導体３０の他端部は、導電性接合材（例えば、はんだ）を介して図示しない外部電気回路などに電気的に接続される。
【００２９】
ここで、配線導体３０を構成する材料としてタングステンを採用した場合における配線導体３０の形成方法の一例について説明する。まず、タングステンの粉末を有機溶剤、バインダとともに混練して金属ペーストを作製する。次に、作製した金属ペーストを、絶縁基体２０を構成するセラミックグリーンシートに対してスクリーン印刷法で印刷する。以上のようにして、配線導体３０は形成される。
【００３０】
ボンディングワイヤ４０は、センサ素子１０の電極１３と配線導体３０の一端部とを電気的に接続するための部材であり、その一端部がセンサ素子１０の電極１３に対して電気的に接続され、その他端部が配線導体２０の一端部に対して電気的に接続されている。ボンディングワイヤ４０を構成する材料としては、金やアルミニウムなどの金属が挙げられる。なお、本実施形態におけるボンディングワイヤ４０に代えて、いわゆるボンディングリボンなどの帯状接続線や金属バンプなどを採用してもよい
スペーサ５０は、測定対象とセンサ素子１０の検知部１２との離間距離を規定するためのものであり、接合材（例えば、樹脂やガラス）を介してセンサ素子１０に接合される直方体状の部材である。また、スペーサ５０は、その上端部が後述する被覆部材６０から露出するように、センサ素子１０の検知部１２上に配置されている。スペーサ５０の高さＨは、該スペーサ５０に測定対象を当接させた状態で、測定対象とセンサ素子１０の検知部１２との離間距離が所定距離（検知部１２において物理量を適切に検知できる距離）となるように設定される。スペーサ５０を構成する材料としては、セラミックス、樹脂、ガラス、これら含む複合材料などが挙げられる。ここで、セラミックスとは、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス）、窒化アルミニウム質焼結体（窒化アルミニウムセラミックス）、炭化珪素質焼結体（炭化珪素セラミックス）、窒化珪素質焼結体（窒化珪素セラミックス）、ガラス質焼結体（ガラスセラミックス）、ムライト質焼結体などであり、樹脂とは、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、液晶ポリマなどであり、ガラスとは、ケイ酸系ガラスやホウ素系ガラスなどである。なお、スペーサ５０を構成する材料としては、より正確な測定を行うべく、測定される物理量に応じて該物理量に対する影響の小さい材料を採用するのが好ましい。また、スペーサ５０のセンサ素子１０に対する接合は、上記接合材によるものには限られず、後述する被覆部材６０を利用して接合するようにしてもよい。
【００３１】
被覆部材６０は、少なくともセンサ素子１０の検知部１２を被覆し、検知部１２を外気の湿気や塵埃などから保護するためのものである。被覆部材６０を構成する材料としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ポリエーテルアミド樹脂などが挙げられる。なお、本実施形態において被覆部材６０は、センサ素子１０の全体と、配線導体３０の一端部と、ボンディングワイヤ４０とを被覆している。
【００３２】
ここで、被覆部材６０を構成する材料としてエポキシ樹脂を採用した場合における被覆部材６０の被覆方法の一例について説明する。まず、未硬化で流動性を有するエポキシ樹脂をセンサ素子１０の主面に、少なくとも検知部１２を被覆することができる範囲且つ厚さで塗布する。次に、塗布された被覆部材６０を、所定の手段（加熱や紫外線照射など）により硬化させる。以上のようにして、被覆部材６０は被覆される。なお、未硬化の樹脂の塗布手段としては、周知のドリップコーティングやポッティングなどの手段が挙げられる。
【００３３】
上述のような構成のセンサ装置Ｘは、サーボモータの位置検出器などに使用される産業用エンコーダ用としての磁気感知用センサ装置、切符などの自動販売機、ＡＴＭ（Automated Teller Machine：現金自動支払預入機）などに使用される磁気感知用センサ装置などに、適用される。
【００３４】
本実施形態に係るセンサ装置Ｘは、被覆部材６０から上端部が露出し、且つ、測定対象とセンサ素子１０の検知部１２との離間距離を規定するためのスペーサ５０を備えている。つまり、センサ装置Ｘでは、検知部１２でより正確に測定するための距離Ｈに応じた高さを有するスペーサ５０を採用し、その上端部が被覆部材６０から露出するように配置することにより、実質的に該スペーサ５０の上端に測定対象を位置合わせするだけで、測定対象とセンサ素子１０の検知部１２との離間距離をより正確に調整することができる。したがって、センサ装置Ｘは、スペーサ５０により測定対象とセンサ素子１０の検知部１２との離間距離をより正確且つより容易に調整することができる。
【００３５】
また、センサ装置Ｘは、少なくともセンサ素子１０の検知部１２を被覆するための被覆部材６０を備えている。したがって、センサ装置Ｘは、検知部１２が気密封止されるため、湿気などの影響を受け難くなる。つまり、センサ装置Ｘは、信頼性にも優れている。
【００３６】
センサ装置Ｘは、スペーサ５０がセンサ素子１０の検知部１２上に配されている。そのため、センサ装置では、スペーサ５０自体の高さＨにより、測定対象とセンサ素子１０の検知部１２との離間距離を、検知部１２でより正確に測定するための距離に調整することができる。スペーサ５０は、寸法精度の高い加工手段（例えば、切削加工やエッチング加工）により加工することができるので、その高さＨを高精度で調整することができる。したがって、センサ装置Ｘでは、センサ素子１０自身の厚さのバラツキや、センサ素子１０を絶縁基体２０に搭載する際に使用する接着剤７０の厚さのバラツキや、絶縁基体２０の反りや厚さのバラツキなどの影響を受け難いので、測定対象とセンサ素子１０の検知部１２との離間距離をより正確に調整することができる。
【００３７】
センサ装置Ｘでは、物理量が磁束密度であり、スペーサが非磁性材料により構成される場合、スペーサ５０によって物理量である磁束密度が変化するのを抑制することができる。したがって、センサ装置Ｘは、測定対象である磁性体の物理的な状態（位置や速度、磁性を有するパターンの識別など）の測定をより正確に行うことができる。また、非磁性材料がセラミックスおよび／または樹脂である場合、センサ装置Ｘは、被覆部材６０とスペーサ５０との濡れ性に優れている。したがって、センサ装置Ｘでは、被覆部材６０とスペーサ５０との境界部から水分や異物などが浸入するのをより効果的に防ぐことができるので、センサ素子１０の検知部１２に与える影響をより効果的に抑制することができる。つまり、センサ装置Ｘは、より信頼性に優れている。
【００３８】
センサ装置Ｘは、一端部においてセンサ素子１０の電極１３と電気的に接続する配線導体３０を備えており、被覆部材６０が、センサ素子１０の全体と、配線導体３０の一端部と、ボンディングワイヤ４０とを被覆している。そのため、センサ装置Ｘでは、センサ素子１０と、配線導体３０の一端部と、ボンディングワイヤ４０とを、外部からの水分や異物から保護することができる。したがって、センサ装置Ｘは、より信頼性に優れている。
【００３９】
以上、本発明の具体的な実施形態を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の思想から逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
【００４０】
センサ装置Ｘでは、複数のセンサ素子１０が一つの絶縁基体２０に搭載されているような場合や、複数のセンサ装置１０を一つの外部回路基板に実装して用いるような場合において、同じ高さＨのスペーサ５０を採用することにより、センサ装置Ｘごとに離間距離を調整する必要がなくなるため、より実用性高めることができる。
【００４１】
センサ装置Ｘでは、絶縁基体２０が平板状に形成されているが、例えば上面に凹部を有し、該凹部の底部を搭載部２０ａとしてもよい。
【００４２】
センサ装置Ｘの配線導体３０は、その露出面に、ニッケルや金などのめっき層を被着形成してもよい。このような構成によると、配線導体３０の酸化腐食をより効果的に防止することができるのに加え、ボンディングワイヤ４０のボンディング性や、はんだの濡れ性などを高めることができる。
【００４３】
センサ装置Ｘのスペーサ５０の形状は、直方体状のものには限られず、測定対象とセンサ素子１０の検知部１２との離間距離を所定距離に調整することができるような形状であればよい。具体的には、スペーサ５０の形状としては、棒状、筒状、側面視で台形状のものなどが挙げられる。なお、スペーサ５０は、上記離間距離をより正確に規定すべく、センサ素子１０の検知部１２を有する面に対して直交するように取り付けられるのが好ましい。
【００４４】
センサ装置Ｘにおけるスペーサ５０の配置場所は、検知部１２上に限られず、センサ素子１０上や絶縁基体２０上でもよい。
【００４５】
センサ装置Ｘのスペーサ５０は、一つのセンサ素子１０に対して複数個配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態に係るセンサ装置を表す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
Ｘ    センサ装置
１０    センサ素子
１２    検知部
２０    絶縁基体
２０ａ    搭載部
５０    スペーサ
６０    被覆部材
【図１】
2007033230.tif 000003